塑料中增塑剂迁移测试方法的研究进展

塑料中增塑剂迁移测试方法的研究进展

摘要:主要介绍了塑料中增塑剂迁移测定方法,包括增塑剂的分类、迁移测试的国内外标准,增塑剂损失、迁移渗出、液体抽出的测试,以及迁移测定方法的研究进展。提出我国应尽快研究并颁布增塑剂在不同环境和条件下迁移测试的方法标准等建议。

关键词:增塑剂;迁移;渗出;挥发;溶出;测试;标准

中图分类号:TQ352

增塑剂是一种加入到材料(通常是塑料、树脂或弹性体)中以改进其加工性、可塑性、柔韧性和拉伸性的物质。加入增塑剂可以降低熔体粘度、玻璃化转变温度和产品的弹性模量而不会改变被增塑材料的基本化学性质[1]。

伴随塑料(尤其是PVC塑料)、橡胶、涂料、合成纤维工业的快速发展,增塑剂已成为最重要的加工助剂之一,为了使塑料能够加工和改善制品的性能,生产时会添加各种增塑剂。但是添加到塑料中的增塑剂在加工、使用的过程中会溶出、迁移和挥发损失,一方面影响制品的使用性能,一方面释放到周围环境中对人体健康和环境可能造成损害。自从人体组织内和尸检时检出DOP后[1],大量研究已证实增塑剂可以通过人们日常吸入、皮肤吸收和环境污染等多种途径进入人体内并损害健康。因此,增塑剂毒性问题引发国际社会的广泛关注,塑料中增塑剂迁移测定方法的研究也日益受到重视, 本文主要介绍塑料增塑剂迁移及其测试方法的研究进展。

1增塑剂分类与选用

1·1增塑剂的分类[1,2]

增塑剂种类繁多,分类方法不一。常用的有按相容性大小、结构和性能分为三类。最常用的普通分类法是根据增塑剂化学结构分为以下几类:

(1)邻苯二甲酸酯类。增塑剂主体,占消费量80%,应用广泛,大部分做主增塑剂。最重要品种是DOP,其次是DBP、DIOP和DIDP。

(2)脂肪族二元酸酯类。主要用于改进低温性能的增塑剂,通常与邻苯二甲酸酯类并用。最常用品种是DOA和DOS。

(3)环氧酯类。占消费量7%,主要作用既有增塑又有稳定,突出优点是无毒、耐热和耐光稳定性好。主要品种有环氧大豆油(ESO)、环氧硬脂酸辛酯。

(4)聚酯类。是增塑剂中重要的系列产品。具有迁移性小、耐高温、不易被水和溶剂抽提优点,但相溶性、加工性和低温性差。主要品种有己二酸丙二醇类聚酯。

(5)苯多酸酯类。具有分子量大、粘度大、闪点高、挥发性低、耐抽出等优点。主要产品有偏苯三酸三酯类(TOTM)等。

(6)多元醇酯类。具有耐热、耐污染、耐抽出、耐低温、挥发度小等性能。主要产品包括季戊四醇酯、双季戊四醇酯等耐热增塑剂和乙二醇等脂肪酸酯类耐寒增塑剂。

(7)石油酯类。具有好的相容性、高的增塑效率,是通用增塑剂。主要产品石油酯也称为T- 50或M-50。

(8)柠檬酸酯类。具有较好的耐抽出性,迁移性低。主要产品有柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯等。

(9)氯化石蜡类。我国氯化石蜡主要产品是碳链为C10~C26,含氯量为40%~70%的氯化石蜡。

(10)磷酸酯类。是重要的多功能阻燃型增塑剂,相容性好。主要产品是磷酸三苯酯TCP 和TPP。

(11)反应性增塑剂。比较重要的产品如丙烯酸酯增塑剂。

1·2增塑剂的选用

为了使塑料制品有良好的综合性能,应根据制品的质量要求、用途和加工需要选择增塑剂。一般来说,选择增塑剂应满足要求如下:

(1)与树脂有良好的相容性;

(2)增塑效率高,增塑速度快;

(3)耐久性好,具有低挥发性、迁移性小、耐抽出性高;

(4)毒性低,污染小;

(5)电绝缘性好;粘度稳定;无色无味;价廉易得等。

虽然目前市售的增塑剂品种很多,但要求所选增塑剂全部符合以上条件是不可能的。要选择综合性能良好的增塑剂,优先考虑的因素是相容性、增塑效率和耐久性。

2增塑剂迁移的测试方法

2·1增塑剂迁移的定义

迁移(migration,move,transfer)是指人(动物)或物品(植物、住所等)由于自然力的作用从一地移向另一地[3,4]。

塑料工业辞典中给出增塑剂滲移的定义是:指含有增塑剂的软质聚氯乙烯等树脂与其他物体接触时,增塑剂会滲出并能扩散到其他物体的现象[5]。国际标准ISO177给出增塑剂迁移的定义是: 置于由其他材料制成的两片吸收片之间并与之紧密接触的一片增塑塑料片在规定条件下的质量损失[6]。

本文所讨论的增塑剂迁移是指塑料制品中的增塑剂以挥发、滲出、溶出等方式迁移到制品表面、与之接触的介质或释放到环境中。也就是包括了增塑剂从制品中挥发到空气、迁移至相接触固体或液体介质,与增塑剂相容性和耐久性相关。相容性是增塑剂最基本最重要的特性,相容性差,增塑剂就更容易从制品中析出,从而影响耐久性、影响制品性能。

2·2增塑剂迁移的测试方法

增塑剂生产历史长,用量大。国内外早已经制定了比较完善的增塑剂物理性能测试方法, 如: GB1657-1680;BS573,BS574;ASTMD1249等。对于增塑剂的增塑性能尤其是最重要的相容性和包括迁移、损失、渗出的耐久性,美国材料试验协会ASTM及国际标准化组织等已制订了如下相关标准:

(1)ASTM D1203-94(2003)塑料中增塑剂挥发损失的试验方法(活性碳法)

(2)ASTM D2383-97(2001)潮湿条件下聚氯乙烯(PVC)混合物中增塑剂相容性的测定规程

(3)ASTM D3291-97(2003)压缩作用下增塑剂在聚氯乙烯中相容性的测定规程

(4)ASTM D2199-03(2007)增塑剂从乙烯基织物迁移到漆膜的测定方法

(5)ASTM C722-03预制封缝带泛油或增塑剂渗出的标准试验方法

(6)BSEN655-1995弹性地板覆盖物增塑剂渗漏的测定

(7)GM9672P增塑剂迁移-罐身側边成型

(8)ISO176:2005(E)塑料增塑剂损失的测定活性碳方法

(9)ISO1771988(第二版)塑料-增塑剂迁移的测定

目前,我国尚未颁布与上述标准内容相关的测定方法。但颁布了以下测定增塑剂迁移标准: GB/T20499-2006食品包装用聚氯乙烯膜中己二酸二(2-乙基)己酯迁移量的测定

3增塑剂迁移的测试

迁移测试方法是研究增塑剂迁移的重要手段。分析国外尤其是美国材料试验协会ASTM已形成的比较系统的评价增塑剂迁移的标准,包括了增塑剂从制品中挥发、迁移至相接触固体或液体介质中几方面的测试。

3·1挥发损失的测试

含增塑剂的制品在加工或使用过程中,增塑剂会从制品表面挥发到空气中,而且温度越高,挥发损失越大[1]。增塑剂的挥发损失还与内部扩散速度有关,也与增塑剂分子量大小相关。